在上次的雞尾酒會或聚會中，您有沒有用光破冰遊戲？我可以幫您解決問題。除了對古董腕錶的熱情之外，我對人腦的內在功能也非常著迷。在我的日常工作中，我是一名神經科學家，研究決策、注意力，以及這些如何受到遠方大腦區域互動的影響。這實際上是我第一次嘗試將鐘錶和神經科學這兩個世界結合起來。因此，這篇文章的重點不在於古董腕錶，而在於為鐘錶愛好者解釋一些大腦運作的基本原理。這並不像一開始聽起來那麼深奧或勉強，因為大腦本質上是非常有節奏性的，而認知（即思維過程）可以用鐘錶術語很好地理解。

2024 年 10 月 18 日

大腦的鐘表 - 內部時鐘如何塑造我們對世界的感知

Marcus Siems @siemswatches
收藏家、作家、資料分析師

[重點] 腕錶動作與大腦功能之間有何相似之處？

- 大腦和Grand Seiko 的 45GS有什麼共同點？

- 當您閉上眼睛時，您的手錶會滴答作響嗎？-

- 電影框架在這一切中扮演什麼角色？-

- 瞭解如何在下一次的腕錶 GTG 上輕鬆打破僵局？-

- 我保證：這一切都值得你為之努力！-

您可能知道，也可能不知道，除了我對古董腕錶的熱情之外，我其實對人腦的內在功能也很著迷，而且對人腦的內在功能也很有研究。在我的日常工作中，我是一位神經科學家，研究決策、注意力，以及這些如何受到遙遠的腦部區域互動的影響。

而且......請打起鼓來......這將是我第一次嘗試將鐘錶界和神經科學界結合起來。我認為兩者之間可以產生很大的協同效應。因此，我將嘗試為鐘錶愛好者解釋一些大腦運作的基本知識。這並不像一開始聽起來那麼深奧或勉強，因為大腦本質上是非常有節奏性的，而認知（即思維過程）可以用鐘錶術語很好地理解。老實說，讓我們在學習新知的同時享受一點樂趣吧！

由幾個時鐘組成的大腦示意圖大腦的運作類似於一個由數個時鐘組成的系統。這是如何可能或有益的，這就是我想展示的。圖片來源：Freepik。

1) 大腦節律

與手錶類似，「大腦時鐘」的故事也要從 20 世紀初說起。幾乎整整 100 年前的 1925 年，德國神經學家 Hans Berger 開創了 腦電圖(EEG)技術。時至今日，EEG 已經成為世界各地醫院、神經科和精神科的常見診斷方法。簡而言之，EEG 可測量頭部表面因神經活動而產生的電位：神經元活動增加會導致去極化 - 訊號「下降」。

但除了看似混亂的活動之外，Berger 也觀察到同步神經活動的時期，以精心安排的方式顯示去極化和再極化 - 這就是最早的「α」節律：

閉眼期間 Alpha 活動的 Berger Effekt 說明 圖 1. (左) 設置具有 64 個環狀電極的現代 EEG 蓋。 (右圖) 所謂 Berger 效應的圖解：閉眼時，後方（頭部後方）電極會出現大約 10Hz 的顯著節律。資料與照片由漢堡大學醫學中心 Eppendorf 提供。

所謂的「Berger 效應」是指每當有人閉上眼睛時，您就可以在腦後方的電極上看到一種穩定且刻板的活動模式 - 大約每秒 10 個週期的節奏 - 這種活動模式是最強的。根據我的個人經驗，我可以告訴您，這是最容易找到的信號，也是最可靠的信號。您只需要兩個電極，幾乎每個健康清醒的人都可以直接看到它：閉上眼睛，alpha 節律就會出現；睜開眼睛，它就會消失......每次都是這樣。

換句話說，我們腦袋後方的大量神經元就像一個穩定的時鐘一樣，以 36,000 Vph 的速度運作。這是我們的第一個圓圈時刻，在某些情況下或一段時間內，大腦可以被理解為具有游絲、齒輪系統和擺輪的小型鐘錶機芯。

1970 年代日本製造的 Grand Seiko 45 Hi Beat 腕錶誰能想到，大腦最顯著的節奏，竟然和真力時、Grand Seiko 的經典 Hi-Beat 機芯一樣，以相同的速度滴答作響。照片來源飛利浦.

這些節奏也不是隨機或罕見的。過去 100 年來，特別是 1990 年代以來（[這裡]），大腦節律開始在我們如何更好地理解大腦功能、認知和大腦區域之間的互動（[這裡]和[這裡]）中扮演重要角色。我們發現這些節奏無處不在，而且頻率各異，似乎是一種多功能的代碼，在特定任務或所選行為需要時，可以靈活地傳遞資訊（[這裡] &[這裡]）。

2) 分散時間 - 大腦節奏如何塑造我們的感知

在我們深入探討各種不同的機制和認知之前，讓我們先回到我們的 10Hz 'α'。阿爾法節律。有趣的是，儘管當我們睜開眼睛時，10Hz 振盪並不顯著，因為它會與其他節奏混雜在一起，但它仍然在我們的視覺感知中扮演著重要的角色（[這裡]）。尤其是這些 α擺動振盪似乎也構成了我們所經歷的視覺世界：

我們對周遭世界的體驗是如何透過大腦振盪活動形成的 圖 2. 透過大腦的振盪活動，將我們的視覺經驗圖解分離。如果兩個短暫的閃光被融合為一個（閃光 1 和 2；橙色框架）或被感知為兩個實體（閃光 3 和 4；藍色和綠色框架），似乎取決於它們與大腦固有活動相關的時間。示意圖修改自 Van Rullen (2016)、認知科學趨勢.

在這裡，我們的意識經驗可能類似於電影捲片。如果兩個影像在短時間內連續播放，我們有時會將它們融合在一起，並將其視為一個影像（就像閃光燈 1&2；橘色框），有時我們會相繼感知到這兩個畫面 (閃光燈 3&4; 藍色 & 綠色框)([這裡] & [這裡]).重要的是，是否經歷其中一種或另一種情況，似乎取決於兩個閃爍發生在振盪中的位置 - 在相同的週期（融合）或不同的週期（分離）。因此，一次振盪可以理解為電影中的一格*。

2a) 透過手部動作分散時間

現在讓我們用鐘錶學的術語重新表述一下。擺動幾乎就是擺錘的擺動......而每個機械腕錶內都有一個擺錘，即擺輪。擺輪內的游絲會不斷地伸長和收縮 - 前後擺動。儘管擺輪是永恆運動的，但由於槓桿擒縱系統，我們只能在不連續的時間點感知到指針的運動。因此，將大腦振盪分離是 (精神上）與在擺輪上加裝槓桿式擒縱器相同！

以鐘錶術語描述的雙閃熔閾示意圖 圖 3. 我們視覺經驗的示意分離，類似於手錶機芯的內部運作。如果兩個短暫的閃光融合為一 (閃光 1&2; 橘色錶盤) 或被視為兩個實體 (閃光 3&4; 藍色和綠色錶盤)，這取決於它們相對於指針運動的時間**。

因此，就像在大腦中一樣，錶芯會將持續不斷的能量流數位化為離散的單位。回到我們的兩個閃光的例子，它們會被融合為一個閃光 (1&2) 或被感知為兩個 (3&4)，這取決於在閃光之間「手是否移動」。

3) 適應性時機 - 腦部節律調整以適應環境

然而，手錶和大腦之間有一個重要的差異：速率/頻率是穩定的腕錶機芯，但對生物系統而言是適應性的...舉例來說，大腦的節奏可以被內部的思考過程（[這裡]）以及環境的短暫變化（[這裡]）快速調節、中斷和重新啟動 - 「重設」：

神經元活動對外部提示的注意重置示意圖 圖 4. 神經元振盪永恆「重置」的示意圖，作為對環境變化的回應。重設」描述了在刺激（燈泡與垂直虛線）之前的活動（顏色線），在刺激之後會轉換成定態模式。改編自 Landau 等人，2015 年、目前的生物學.

然而，更微妙的擺動也可能與環境條件一致。例如，當任務簡單或非常困難時，頻率就會適應。在困難的任務中，您可能需要以更多的「離散單位」來取樣資訊，因此頻率會增加（[這裡]）。這與改變計時表的頻率相容，以便能夠以越來越小的單位測量時間，從而提高精確度。另一方面，當您需要非常確定某個事件已經發生時，大腦會在更長的時間內整合資訊，因此振盪週期的長度會增加（因此頻率會降低）（[這裡]）。同樣地，節奏的頻率也會在可預測的環境中適應（[這裡]）。

4) 如何看待這一切？

這是個非常好的問題...好吧，我希望在您的下一次雞尾酒會或手錶聚會中，您可以隨便拋出一些破冰之舉，說明大腦是如何像一個更適應、更靈活、更生物化的手錶機芯。每一次指針運動的嘀嗒嘀嗒聲，都是可感知的能量輸出，不斷地從主發條傳輸至擒縱系統。同樣地，來自環境的源源不絕的資訊也會在我們的大腦中被解析為可消化的片段，最終形成我們對世界的意識體驗。

頭上的手表」- AI 產生的影像 Watch in the Head」- AI 產生的影像。由 DeepAI 提供。